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Einleitung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Formlingen aus einer Silizium-Legierung umfassend das Herstellen von Platten und das Wasserstrahlschneiden der Platten zu einer Vielzahl von Formlingen. Die so erhältlichen Formlinge enthalten insbesondere weitere Impfmittel-Additive und werden insbesondere als Impfmittel für den Metallguss eingesetzt.
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Technisches Umfeld und Stand der Technik
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Unter Impfen einer Metallschmelze versteht man die Zugabe fester Stoffe in Form eines Impfmittels, insbesondere mit dem Ziel, das erstarrte Gussteil hinsichtlich seines metallurgischen Gefüges und damit seiner mechanischen und thermischen Eigenschaften bei dem Übergang von der Metallschmelze in das Gussteil zu beeinflussen.
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Gusseisen ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung, die häufig zur Herstellung von Gussteilen verwendet wird. Gusseisen wird erhalten durch Mischen der erwünschten Bestandteile im flüssigen Zustand bei einer Temperatur zwischen 1260 und 1450 °C vor dem Gießen, worauf die Mischung in eine Gießform gegossen wird und durch Abkühlen das Gusseisen in der gewünschten Gestalt erstarrt.
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Einer der Bestandteile des Gusseisens neben Eisen ist Kohlenstoff. Gusseisen ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem Kohlenstoffgehalt höher als 2,06 Gew.%. Beim Abkühlen kann der Kohlenstoff im Gusseisen mehrere physikalischchemische Strukturen annehmen. Der Kohlenstoff bildet unterschiedlich geformte Graphitphasen innerhalb der Legierung. Die EN 1560 unterscheidet je nach der Graphitgeometrie vier Gusseisensorten:
- - Gusseisen mit lamellarem Graphit (GJL, graues Gusseisen, Grauguss),
- - Gusseisen mit vermicularem Graphit (GJV) und
- - Gusseisen mit Kugelgraphit, auch Sphäroguss genannt (GJS).
- - ausferritisches Gusseisen (ADI)
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Die Abkürzung GJS steht für G = Guss, J = Eisen (Iron), S = kugelförmig (sphärisch). Wenn Kohlenstoff mit Eisen assoziiert ist und Eisencarbid Fe3C (auch Zementit genannt) bildet, wird das resultierende Gusseisen als weißes Gusseisen bezeichnet. Weißes Gusseisen hat die Eigenschaft, hart und spröde zu sein, was für viele Anwendungen nicht wünschenswert ist.
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Wenn Kohlenstoff in Form von Graphit auftritt, wird das resultierende Gusseisen Grauguss oder Sphäroguss genannt. Beide Gusseisensorten: weißes Gusseisen und Grauguss (sowie Übergangs- bzw. Zwischenformen davon, wie z.B. Graphit) weisen spezielle Eigenschaften auf, sind weicher und können bearbeitet werden. Es ist daher gewünscht, den Abkühlvorgang so zu beeinflussen, dass sich Kohlenstoff in Form von Graphit in der erkalteten Schmelze ausbildet.
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Um Gussteile mit guten mechanischen und / oder thermischen Eigenschaften zu erhalten, ist es vorteilhaft ein Gusseisen zu erhalten, das ein Maximum an Kohlenstoff in Form von Graphit enthält und die Bildung der aushärtenden Eisencarbide so weit wie möglich zu begrenzen. Bei Abwesenheit von Impfmitteln neigt Kohlenstoff jedoch dazu, Eisen so zu ordnen, dass Eisencarbid entsteht. Daher ist es notwendig, die Gusseisenschmelze vor dem Erstarren im flüssigen Zustand mit einem Impfmittel zu behandeln, um die Assoziationsparameter von Kohlenstoff zu modifizieren und die gewünschte Struktur zu erhalten. Zu diesem Zweck wird das flüssige Gusseisen einer Impfbehandlung unterzogen, die darauf abzielt, in das Gusseisen graphitisierende Komponenten oder Graphitisierungsträger einzuführen, die allgemein auch als Keime bezeichnet werden und die, wenn das Gusseisen in der Gussform abkühlt, das Auftreten von Graphit fördern und die Neigung zur Bildung von Eisencarbid zurücktreten lassen.
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Im Allgemeinen bestehen die Bestandteile eines Impfmittels zum Erhalt von Grauguss daher aus Elementen, die die Bildung von Graphit und die Zersetzung von Eisencarbid bzw. das Verhindern der Bildung während des Erstarrens des Gusseisens fördern. Es kann in Abhängigkeit von den geforderten Eigenschaften weiterhin erwünscht sein, nicht nur die Bildung von Eisencarbid (Zementit) durch das Impfmittel zugunsten von lamellarem Graphit (= Grauguss) oder Kugelgraphit (= spheroidales Graphit) zurückzudrängen, sondern auch gezielt vermiculares Graphit auszubilden.Jede der möglichen Graphitformen kann durch eine spezielle Impf-Behandlung des Gusseisens mittels spezifischer Komponenten promotet werden.
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So kann beispielsweise die Bildung von Kugelgraphit (GJS) dadurch gefördert werden, dass dem Gusseisen eine ausreichende Menge an Magnesium zugeführt wird, so dass der Kohlenstoff so wachsen kann, dass runde Teilchen (Sphäroide oder Knötchen) gebildet werden. Diese Kugelgraphitkomponenten werden im Allgemeinen in Form einer speziellen Legierung (Kugelgraphitlegierung) dem Gusseisen zugegeben. Somit ermöglicht die Kugelgraphitlegierung, die Form der Graphitknötchen zu beeinflussen, während das Impfmittelprodukt die Anzahl dieser Knötchen erhöht und die graphitischen Strukturen homogenisieren soll.
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Eine andere Art der Behandlung ist Zugabe von Entschwefelungsprodukten oder Produkten, die eine spezifische Behandlung einiger Defekte des Gußeisens in Abhängigkeit von der anfänglichen Zusammensetzung des flüssigen Gußeisenbades ermöglichen, wie Mikroschrumpfungen und Nadellöcher, um zu vermeiden dass solche während des Abkühlens auftreten. Eine hierfür geeignete Verbindung ist z.B. Calciumcarbid.
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Was Wismut betrifft, so ist bekannt, dass letzteres die Dekantierung von Magnesium in Gusseisen beschleunigt und dass dieses dadurch mehr aktive Magnesium verliert, das zur Umwandlung von Lamellengraphit in Kugelgraphit dient.
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Das Impfen kann einmal oder mehrmals und zu verschiedenen Zeitpunkten während der Herstellung des Gusseisens durchgeführt werden.
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Viele bekannte Impfmittel umfassen eine Ferrosilizium-Basis Legierung wie z.B. FeSi60, FeSi65 oder FeSi75 enthaltend Eisen mit einem Silizium Anteil von 40, 65 oder 75 Gew.% neben weiteren Metallen, Verbindungen oder Elemente wie die oben genannten als Legierungsbestandteile, wobei die Chemie bzw. die Auswahl der Impfmittel-Additive und deren Verhältnis entsprechend der angestrebten Eigenschaften des Impfmittels eingestellt wird.
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Es können auch mehrere Impfmittel in Form unterschiedlich zusammengesetzter Legierungen bzw. Ferrosiliziumlegierungen in stückiger Form zu einer Eisenschmelze zugegeben werden, um die gewünschte Dotierung herzustellen.
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Bisher ist es bekannt, die Impfmittel als Granulat zuzugeben, als gegossenen Formling, als Pulver in einem Fülldraht, als Bruchstücke oder als Pressling erhalten aus einem Pulver- oder Granulatmaterial und einem Bindemittel.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen Herstellungsweg für Formlinge in Form einer Legierung zur Verfügung zu stellen, der einfach ist, eine stückige Herstellung mit geringer Volumen- bzw. Gewichtstoleranz erlaubt, den Ausschuss bei der Herstellung gering hält und die Bildung von Stäuben und den Einsatz von Bindemitteln vermeidet. Weiterhin muss gewährleistet sein, dass der Formling von einem Roboterarm gegriffen werden kann.
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Die Formlinge sollen dabei eine stückige Form haben, wobei gleiche Formen etwa ein gleiches Gewicht haben und damit die Zugabe als Impfmittel-Additive portionsweise in definierter Menge erlauben. Es soll auch möglich sein, die geeignete Menge an Impfmittel-Additiven dadurch zusammenzustellen, dass mit Hilfe eines Baukastensystems die Menge aus unterschiedlich vielen und/oder unterschiedlich großen Formlingen zusammengestellt wird, vergleichbar etwa mit einem Satz von geeigneten Gewichten für eine Waage.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Formlingsausbeute der Vorlegierung zu erhöhen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung ist definiert durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche, vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Formlingen umfassend das Herstellen einer Platte, z.B. durch Gießen einer Schmelze in Form von Platten, und das Wasserstrahlschneiden der Platten zu Formlingen definierten Volumens, wobei die Platten durch Wasserstrahlschneiden unter Verwendung eines Abrasionsmittels in Formlinge geschnitten.
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Die Kopfflächen und die Fußfläche der Formlinge wird durch die Plattenoberseite und die Seitenflächen der Formlinge zumindest zum Teil durch das Wasserstrahlschneiden definiert.
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Geeignete Verfahren zur Herstellung von Platten sind
- • Gießen, d. h. eine Schmelze wird vergossen und erstarrt,
- • Pressen, d. h. Stäube mit oder ohne Bindern versehen werden in plattenförmige Formen gepresst,
- • Sintern, d.h. Stäube oder Pulver werden mittels Hitze verbacken bzw. kompaktiert,
oder Kombination vorgenannter Verfahren (z.B. heiß - isostatisches Pressen)
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Die Platten weisen zwei planparallele Flächen auf. Die Ausdehnung der Platte ist ansonsten prinzipiell beliebig. Gut geeignet hinsichtlich der Handhabbarkeit und Stabilität sind Platten von z.B. 10 bis 40 cm Breite, 20 bis 60 cm Höhe. Die Stärke sollte wegen der besseren Schneidbarbeit 8 cm nicht überschreiten und wegen der Handhabbarkeit 10 mm nicht unterschreiten, Plattenstärken von 16 mm bis 50 mm sind bevorzugt. Bevorzugt werden 3 bis 12 Formlinge pro Reihe aus den Platten durch Wasserstrahlschneiden hergestellt.
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Die Platten umfassen Silizium-Legierungen überwiegend, d.h. die Platten sind zu größer als 50 Gew.%, insbesondere zu größer als 80 Gew.%, oder sogar zu größer als 90 Gew.%, aus:
- (a) Eisen - Silizium (z.B. in Form einer FeSi-Legierung), oder
- (b) Eisen - Silizium - Magnesium (z.B. in Form einer FeSiMg-Legierung), oder
- (c) Eisen - Silizium - Titan (z.B. in Form einer FeSiTi-Legierung), oder
- (d) Chrom - Silizium (z.B. in Form einer CrSi-Legierung), oder
- (e) Aluminium - Calcium - Silizium (z.B. in Form einer AICaSi-Legierung).
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Dann machen die vorgenannte Metallkombinationen jeweils mindestens 50 Gew%, vorzugsweise mindestens 80 Gew.% und insbesondere 90 Gew.% der Platte aus.
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Besonders geeignet sind Platten aus folgenden Silizium-Legierungen:
- (a) eine FeSi-Legierung, insbesondere mit Fe: 10-50 Gew.%, insbesondere 15 bis 40 Gew.%, Si: 40-80 Gew.%, insbesondere 60-75 Gew.%, wobei Fe und Si zusammen mehr als 50 Gew.% der Platte ausmachen vorzugsweise mindestens 80 Gew.% und insbesondere 90 Gew.%.
- (b) eine FeSiMg-Legierung, insbesondere mit Fe: 35 bis 55 Gew.%, Si: 35 bis 55 Gew.% und Mg: 3 bis 30 Gew.% , wobei Fe, Si und Mg zusammen mehr als 50 Gew.% der Platte ausmachen, vorzugsweise mindestens 80 Gew.% und insbesondere 90 Gew.%
- (c) eine FeSiTi-Legierung, insbesondere mit Fe: 35 bis 55 Gew.%, Si: 35 bis 55% Gew.% und Ti: 3 bis 15 Gew.% wobei Fe, Si und Ti zusammen mehr als 50 Gew.% der Platte ausmachen, vorzugsweise mindestens 80 Gew.% und insbesondere 90 Gew.%
- (d) eine CrSi-Legierung, insbesondere mit Cr: 20 bis 45 Gew.%, Si: 25 bis 55 Gew.% und Fe: 10 bis 35 Gew.% , wobei Cr und Si zusammen mehr als 50 Gew.% der Platte ausmachen, vorzugsweise mindestens 80 Gew.% und insbesondere 90 Gew.%.
- (e) eine AICaSi-Legierung, insbesondere mit AI: 0,1 bis 7 Gew.% Ca: 0,1 bis 30 Gew.% und Si: 45 bis 65 Gew.%, wobei AI, Ca und Si zusammen mehr als 50 Gew.% der Platte ausmachen, vorzugsweise mindestens 80 Gew.% und insbesondere 90 Gew.%.
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Weitere mögliche Inhaltsstoffe der obigen Platten sind z.B. Mangan, Barium, Cer, Lanthan, Wismut, Zirkonium, Antimon, Strontium oder auch weitere Elemente bzw. deren Kombination, bzw. folgende Metalle: Aluminium, Calcium, Eisen, Magnesium, Titan und/oder Chrom soweit jeweils oben noch nicht aufgeführt.
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Detaillierte Darstellung der Erfindung
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Essentielle Bestandteile eines Impfmittels zur Herstellung von Grauguss sind Silicium, Calcium, Mangan und Aluminium und fakultativ sind die folgenden Metalle Barium, Cer und Lanthan, Wismut, Titan, Zirkonium, Antimon, Strontium oder auch weitere Elemente bzw. deren Kombination. Das Impfmittel entspricht der Zusammensetzung der Platte.
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Das Impfmittel für den Grauguss enthält insbesondere zumindest folgende Bestandteile als Impfmittel-Additive:
- • Ca 0,2-10 Gew.%, insbesondere 0,2 - 5 Gew.%,
- • Al 0,2-10 Gew.%, insbesondere 0,5 - 4,5 Gew.%,
- • Mn 0,2-10 Gew.%; insbesondere 0,5 - 4,5 Gew.%,
sowie
- • Si 40-80 Gew.%, insbesondere 60-75 Gew.%,
- • Rest Eisen,
und fakultativ als weitere Impfmittel-Additive:
- • Seltene Erden 0,05-3 Gew.% (einschließlich Lanthan)
- • Ba 1-15 Gew.%,
- • Zr 2-6 Gew.%,
- • Bi 0,05-3 Gew.% insbesondere 0.2-1,2 Gew.%,
- • Sb 0,1-2 Gew.%,
- • Mg 3 - 16 Gew.% insbesondere 6 bis 12 Gew%.
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Die obigen Angaben beziehen sich auf 100 Gew% = Summe alle Metalle (einschließlich Halbmetalle wie Si) berechnet als Element. Kohlenstoff oder Sauerstoff ist hierbei z.B. nicht eingerechnet.
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Ein typisches Impfmittel für den Grauguss besteht z.B. aus folgenden Haupt -Bestandteilen (Summe = 100 Gew.%)
- • Si: 68,0 Gew.%
- • Fe: 26,5 Gew.%
- • Ca: 2,3 Gew.%
- • AI: 1,2 Gew.%
- • Ce: 1,0 Gew.%
- • Bi: 1,0 Gew.%
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Wenn hier von den Elementen oder Metallen oder weiteren Elementen die Rede ist, schließt dies Verbindungen ein, die diese Metalle oder Elemente enthalten.
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Das Impfmittel wird typischerweise in Mengen von 0,05 bis 0,8 Gew.%, insbesondere 0,08 bis 0,3 Gew .-% der Gusseisenschmelze zugesetzt, bezogen auf die Gusseisenschmelze.
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Zur Herstellung des Formlings wird i.d.R. so verfahren, dass zunächst eine Schmelze einer Eisen-Silicium-Verbindung oder der Legierungen b) bis e) hergestellt wird. Die Schmelze hat i.d.R. eine Temperatur von 1350 bis 1700°C. Die Impfmittel-Additive werden der Schmelze zugemischt, z.B. indem die Schmelze in eine Pfanne vergossen wird und unter Rühren oder Umschütten die Impfmittel-Additive hinzugefügt werden, zum Erhalt einer gemischten Schmelze. Die gemischte Schmelze hat z.B. eine Temperatur von 1300 bis 1550 °C.
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Aus der gemischten Schmelze werden Platten gegossen, wobei die entsprechenden Formen, i.d.R. Kokillen, die die Negativ-Form der Platte darstellen, aufrechte Nester für die jeweiligen Platten aufweisen, insbesondere lotrecht in Bezug auf die Hauptebene der Platte angeordnet sind und eine Größe von z.B. 10 bis 40 cm Breite, 20 bis 60 cm Höhe, insbesondere 22,5 cm haben. Die Platten haben z.B. eine Stärke von 10 bis 80 mm, insbesondere handelt es sich um Platten unterschiedlicher Stärke von 16 bis 50 mm. In einen Gießgang werden z.B. 6 Platten unterschiedlicher Stärke hergestellt. Die Platten stehen bevorzugt aufrecht, um durch den metallostatischen Druck ausreichend verdichtet zu werden. So lassen sich einfacher Platten einheitlicher Stärke und Homogenität herstellen. Die Platten werden aus der Pfanne direkt oder über einen Eingusstümpel mit mehreren Löchern, z.B. 3 Löchern pro Reihe vergossen. Es ist vorteilhaft, wenn die Platten langsam auskühlen.
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Die Kokille ist vorzugsweise aus Stahlplatten ST37 oder aus Grauguss GG25 aufgebaut, die geschlichtet werden und so zusammengesetzt sind, dass eine Kokille mehrere plattenförmige Nester ausbildet. Die Schlichten zeichnen sich dadurch aus, dass sie auf der Oberfläche der Kokille eine bis 1400°C Hitze-resistente Schutzschicht aufbauen und die Kokillen somit schützt. Es werden z.B. wasserbasierte Zirkonsilikat-Schlichten eingesetzt. Ein hierfür geeignetes Handelsprodukt ist z.B. die Schlichte Solitech WP 601 der ASK Chemicals GmbH, Hilden.
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Die Kokillenform wird nach dem Abkühlen der Platten geöffnet, indem die vordere Seitenwand (Querseitenwand) mit den Trennwänden zusammen nach unten aufgeklappt wird. Hierfür ist unten an der vorderen Seitenwand ein Gelenk vorgesehen. Die Platten können nun entnommen werden. Mehrere Kokillen (Gießkörbe) sind auf einer Fahrpalette verschweißt. Die Fahrpalette dient zum Verfahren der Gießkörbe samt den Platten und zum Stapeln und Lagern.
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Die Gießkörbe werden vorzugsweise erst dann geöffnet, wenn die Platten dem nächsten Bearbeitungsschritt zugeführt werden. Dies ist das Wasserstrahlschneiden.
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Der Materialabtrag beim Wasserstrahlschneiden beruht auf dem hohen Druck, den der Strahl auf der Oberfläche des Werkstücks verursacht. Der Wasserstrahl, der ein Abrasionsmittel enthält, trennt dabei ausschließlich oberflächennahe mikroskopische Partikel ab. Es kommt daher zu keinen Dehnungen des Werkstücks aufgrund von Wärme oder Bearbeitungskräften. Das von der Wirkstelle quer abfließende Wasser verursacht zusätzlich noch Scherkräfte, die ebenfalls zum Materialabtrag beitragen. Das Wasserstrahlscheiden kann mit mehreren Schneidköpfen gleichzeitig durchgeführt werden.
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Um aus dem Reinwasserstrahl einen Abrasivwasserstrahl zu erzeugen, wird im Schneidkopf, in einer zusätzlichen Mischkammer, ein Abrasivmittel hinzugefügt. Als Abrasivmittel dient meist Granat- oder Olivsand, manchmal auch Korund. Durch die hohe Strahlgeschwindigkeit entsteht ein Unterdruck im Schneidkopf, dadurch wird Abrasivmittel in die Mischkammer gesaugt und mit dem Wasser vermischt. Das Gemisch wird durch die Abrasivdüse fokussiert und beschleunigt. Der Strahldurchmesser ist etwa 0,2 mm größer als beim Reinwasserschneiden. Dafür steigt das Schneidvermögen mit der Härte des verwendeten Abrasivs.
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Beim Wasserstrahlschneiden wird die Platte durch einen Hochdruckwasserstrahl unter Beimischung von scharfkantigem Schneidsand getrennt. Dieser Strahl erzeugt auf der Werkstückoberfläche einen Druck von z.B. 4500 bis 6000 bar und erreicht Austrittsgeschwindigkeiten von z.B. bis zu 1000 m/s. Das Schneidgut erwärmt sich dabei kaum.
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Als Abrasionsmittel wird z.B. Granat- oder Olivsand mit folgender Spezifikation eingesetzt:
- - Härte: ca. 6 - 7,5 Mohs
- - Kornform: kantig
- - Spezifisches Gewicht: ca. 3,5 - 4,3 g/cm3
- - Schüttgewicht (je nach Korngröße): ca. 1,9 - 2,2 g/cm3
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Es ist überraschend, dass etwas das selbst eine Härte von rund 9,5 nach Mohs hat, sich effektiv von Granatsand im Wasserstrahl scheiden lässt. Der Wasserdruck beträgt insbesondere 4500-6500 bar. Überraschenderweise ist die Wasserstoffentwicklung beim Wasserstrahlschneiden sehr gering. Die Wasserstrahlschneidmaschine kann z.B. eine STM 2020 PremiumCut (2xTAC-12°) sein.
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Die Formlinge werden vorzugsweise konisch geschnitten, so dass sich Kegelstümpfe oder Pyramidenstümpfe ergeben, die Form der Grundfläche (Kopf- und Fußfläche) kann aber nahezu beliebig sein, Hauptsache es ergeben sich konusförmig zulaufende Seitenflächen. Insbesondere beträgt der Schrägschnitt zum Ausbilden der konischen Form etwa 6 bis 12°. Die Formlinge verbleiben durch die konische Form in der Platte. Durch die Möglichkeit des Schwenkens des Schneidkopfes (3-D-Bearbeitung) lassen sich mittels einer Schneidvektorsteuerung auch komplizierte Formen im Raum schneiden. Die Schneidlinie hat nach einer Ausführungsform eine Stärke von 1,5 mm.
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Eine Wasserstrahlschneidemaschine besteht aus verschiedenen Komponenten, die unterschiedlich kombiniert werden können. Komponenten sind i.d.R. unter anderem: Speicher, Hochdruckverrohrung, CNC-gesteuerte Führungsmaschine, Druckübersetzer, Öltank, Ölpumpe, Elektromotor, Ventil und Düse.
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Der Maschinenrahmen, der meist aus Stahlrohr unterschiedlichen Formats zusammengebaut wird, trägt die einzelnen Achsen der Maschine. Standardbauform beim Wasserstrahlschneiden ist die sogenannte Portalbauweise als Flachbett. Bei Portalmaschinen fahren die beiden Führungsachsen in einem sogenannten Gantry-Verbund, und sind somit über die CNC-Steuerung gekoppelt (zwei Achsen verhalten sich wie eine einzige). Neben dem Portal existiert noch die Konstruktionsvariante als Tragarm, bei der der Querbalken nur einseitig geführt wird.
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Die Restenergie des Wasserstrahls, die nach der geleisteten Schneidarbeit verblieben ist, kann auf verschiedene Weise abgebaut werden. Vorzugsweise wird ein Wasserbecken genutzt, das als „Strahlfänger“ fungiert. Das Wasserbecken sollte i.d.R. über eine ausreichende Wassersäule von z.B. über 600 mm verfügen, damit die Restenergie des Wasserstrahls in Wärme umgewandelt werden kann.
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Nach einer Ausführungsform werden beim Wasserstrahlschneiden Hochdruckpumpen eingesetzt, die eine Hydraulikeinheit verwenden.
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Das mit Abrasivstoffen vermischte Schneidwasser wird aus dem Strahlfänger entfernt, Rückführung der Wertstoffe in den Elektroniederschachtofen ist möglich. Es ist auch möglich die Abrasivstoffe aufzuarbeiten. Dies geschieht entweder kontinuierlich durch eine Entsorgung oder in Abständen manuell. Die kontinuierliche Entsorgung besteht entweder aus einem Kratzförderer, der die Schneidmittelreste aus dem Strahlvernichter entfernt, oder aus einem Wasserumlauf, der die Reste aus dem Strahlvernichter aussondert. Das Wasser aus dem Strahlvernichter wird dann gefiltert und dem Schneidbecken wieder zugeführt.
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Wasserstrahlschneidanlagen werden durchgängig mit CNC-Steuerungen ausgerüstet. Neben einfachsten Ausführungen, die nur eine Plottersteuerung zulassen, verfügen höherwertige Maschinen über Steuerungen, die sowohl alle Achsen interpolieren als auch eine adaptive Vorschubgeschwindigkeitsreduktion abhängig vom Schneidprozess durchführen können. Hier existiert neben einer CAD-Schnittstelle auch oft eine CAM-Anbindung.
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Bei einer Wasserstrahlmaschine in Flachbettausführung verfährt ein Arm über Portalfläche mit aufgelegten Platten, so dass die Platten die bereits beschnitten wurden entfernt werden können bevor der Arm zurückgefahren ist und neue Platten aufgelegt werden. Da die Platten ein Normmaß haben, können diese leicht aufgelegt werden, z.B. gegen einen Anschlag, der zwei rechtwinkelig zueinanderstehende Seiten festlegt. Dann können die Schneidköpfe beim Zurückfahren schon die neu aufgelegten Platten schneiden. Vorzugsweise werden die Platten jenseits der Schneidbereiche im Wasserbett aufgelegt.
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Nach einer Ausführungsform fährt der Schneidkopf eine Wellenlinie auf dem Hinweg und eine Wellenlinie auf den Rückweg, so dass sich die Wellen zu Kreisen oder Rechtecken ergänzen, damit das zeitaufwendige Einschneiden in das Material minimiert wird.
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Durch die konische Form lassen sich die Formlinge besonders gut ablegen, indem die Platte gedreht wird während eine Ablageplatte, die ggf. bereits entsprechende Vertiefungen aufweist, auf die Platte aufgelegt ist. Nach einer anderen Variante ist unter der Platte ein Nagelbett angeordnet, dass hochgefahren wird, so dass die Formlinge aus der Platte geschoben werden und eine Aufnahmevorrichtung schiebt sich seitlich zwischen die Formlinge ein, wobei die Formlinge durch Ihre konische Form in der Aufnahmevorrichtung festgehalten werden.
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Damit die Formlinge von Robotern greifbar sind, ist es zweckmäßig diese geordnet zu verpacken, beispielsweise in einer Box in der pro Formlingsschicht eine Kartonage eingelegt ist die ausgestanzt ist als Zwischenlage und die Formlinge gegen seitliches Verschieben fixiert. Die Ausstanzung hat dabei vorzugsweise die Größe der kleineren Endfläche, so dass diese den oberen Formling relativ weit unten umfasst, sich aber nicht über den nächsten Formling mit der größeren Endfläche oben schieben kann.
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Gegenüber einer herkömmlichen Herstellung, wonach die Formlinge in den Kokillen einzeln gegossen werden und dann mechanisch längs die Gießverbinden gebrochen werden, hat das erfindungsgemäße Verfahren viel weniger Ausschuss. Der Ausschuss wird in der Regel wieder aufgeschmolzen bzw. vermahlen und als Granulat verkauft. Nach dem herkömmlichen Verfahren wurden alle Formlinge verwogen und diejenigen außerhalb des Sollgewichtsbereichs aussortiert. Nach dem neuen Verfahren ist die Toleranz kleiner 5 Gew.%, bezogen auf das Grundgewicht des Formlings. so dass das Wiegen jedes Formlings zur Qualitätskontrolle entfallen kann.
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Im Vergleich zu bestehenden Techniken ist die Ausbeute wesentlich höher, weil keine einzelnen Formen vergossen werden, sondern nur Platten. Die Platten lassen sich mit einer wesentlich höheren Fließgeschwindigkeit und einer geringeren Temperatur vergießen.
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Dies erhöht die Ausbeute beim Vergießen wesentlich im Vergleich mit dem Gießen der Formlinge selbst. Eine niedrige Temperatur verringert den Verschleiß an Kokillen für die Formen. Das Verfahren erniedrigt durch höhere Ausbeuten die Ofen-Produktionszeiten was energietechnisch sinnvoll ist.
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Durch das Schneiden der Formlinge aus Platten ergibt sich eine wesentlich höhere freigelegte Angriffsfläche der Formlinge ohne Gusshaut für die Gussschmelze, als bestehende Presslinge oder vergossene Formlinge im jetzigen Stand der Technik. Dies erleichtert das Verteilen der Impfmittel-Metalls des Formlings in der Metallschmelze.
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Die Erfindung wird weiterhin durch nachfolgende Figuren erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es zeigen:
- 1 eine Gießpalette geschlossen in Draufsicht,
- 2 eine aufgeklappte Gießpalette in Draufsicht,
- 3 den ersten Gießkorb der Gießpalette nach 1 und 2 in Draufsicht und Vergrößerung,
- 4 eine Trennwand des Gießkorbes der 3 in Seitenansicht, und
- 5 und 6 den Eingusstümpel in Draufsicht und im Schnitt zum Befüllen eines Gießkorbes.
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In 1 ist eine Gießpalette 1 mit sechs Gießkörben 2, die in einer Reihe auf einer Fahrpalette 3 angeordnet sind, in der Draufsicht dargestellt. Die Fahrpalette 3 weist am Ende Laschen 4 auf, mittels derer die Gießpalette 1 von einem Stapler oder Kran ergriffen werden kann. Typischerweise werden 3 bis 8 Gießkörbe 2 auf einer Fahrpalette 3 angeordnet.
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In 2 sind die Gießkörbe 2 jeweils aufgeklappt. Die einzeln ausgeklappten Längswände 5 befinden sich jeweils paarweise in der Horizontalen. Die Längswände 5 sind jeweils mittels zweier Gelenke 6 an der Fahrpalette 3 angelenkt. Die Drehachse ist parallel zur Längsachse der Fahrpalette. Die Trennwände 8 und die Plattenwände 10 sind bereits entnommen. In diesem Zuge wurden auch die gegossenen und erstarrten Platten entnommen.
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Wenn die Längswände 5 wieder vertikal aufgerichtet werden, werden gegenüberliegende Längswände 5 mittels jeweils eines Schnellverschlusses 11 in der Vertikalen fixiert. Hierzu wird der Schnellverschluss 11 umgeklappt und rastet in einen Einrasthaken 12 der gegenüberliegenden Längswand 5 ein. Jetzt können die Trennwände 8 und die Plattenwände 10 eingeschoben werden.
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Die Trennwände 8 überbrücken jeweils gegenüberliegende Längswände 5 des Gießkorbs 2, sind in Querrichtung in den Gießkorb 2 nach oben oder seitlich herausnehmbar eingebaut und formen die planparallelen Seitenflächen der jeweiligen Platte aus. Die Plattenwand 10 definiert das Ende der Platte an der schmalen Längsseite. Die Plattenwand 10 verläuft jeweils parallel zur Längsachse der Fahrplatte 3. Zwischen zwei gegenüberliegenden Trennwänden 8 und zwei gegenüberliegenden Plattenwänden 10 formt sich ein Nest 13 zur Herstellung der jeweiligen Platte aus. Die Trennwände 8 sind in der Stärke (Dicke) je nach Dicke der zu vergießenden Platten unterschiedlich gewählt, z.B. 10 mm bis 30 mm.
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Jeder Gießkorb 2 hat zwei Längswände 5. Alle Längswände 5 sind klappbar. Nach öffnen einer bzw. der zweiten Längswand 5 kann die Trennwand 8 entfernt werden. Die Trennwand 8 kann seitlich oder nach oben gezogen werden. Das Entfernen der Trennwände 8 ist mittels Handarbeit bzw. Roboterbetrieb möglich. Hierzu sind Ösen 9 in der Trennwand 8vorgesehen mit denen diese besser handhabbar wird. Nach Entfernen der Trennwand 8 kann die Platte entfernt werden. Die Gießpaletten 1 können auch als Lager für die Platten verwendet werden, weil diese stapelbar sind. Eine Beförderungsmöglichkeit der Gießpaletten 1 ist über einen Stapler bzw. einen Kran gegeben.
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Jeder Gießkorb 2 kann z.B. 2 bis 5 Nester 13 aufweisen. Die Platten haben je Gießkorb 2 etwa gleiche Breite (von einer Plattenwand 10 zu gegenüber liegenden Plattenwand 10) und Höhen/Längen (von der oberen Kante der Trennwand 8 bis zur unteren), aber bevorzugt werden Platten unterschiedlicher Stärke in einem Gießkorb 2 gleichzeitig hergestellt. Durch die sich aufgrund der vertikalen Ausrichtung der Nester 13 ergebende Höhe, resultiert jeweils ein sich positiv auswirkender metallostatischer Druck beim Gießen. Die Gießvorgang geht hierdurch auch schneller von statten.
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Die unterschiedlichen Gusskomponenten wie Längswand 5, Trennwand 9, Plattenwand 10 sind untereinander jeweils wechselbar/austauschbar. Die Gusskomponenten sind aus z.B. aus GJS gefertigt. Alle Gusskomponenten können geschlichtet werden.
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In die Nester kann über Eingusstümpel 14 bzw. unmittelbar aus der Gießpfanne in die Plattenschlitzöffnung gegossen werden. Ein Eingusstümpel 14 ist in 5 in der Draufsicht und in 6 im Schnitt gezeigt. Die Nester sind über Trennplatten getrennt. Die Abstände der Nester richten sich nach den in Reihen angeordneten Auslauflöchern 15 der Eingusstümpel 14 sowie der gewünschten Plattenstärke.
